Айзек Азимов – Краткая история химии. От магического кристалла до атомного ядра (страница 2)

Рис. 1. Древние плавильные печи предназначались для достижения температур, способствующих выделению металла из различных руд. В той, что предназначалась для получения меди, руда плавилась в горниле над дровяным костром. Выделение металла из железной руды требовало большей температуры, и этого добивались, добавляя в печь древесный уголь и обеспечивая лучший доступ кислорода, нагнетая мехами воздух

И снова на человечество снизошло озарение. Люди бронзового века обнаружили металл крепче бронзы. Они узнали железо. Правда, использовать железо для вооружения не получалось. Железо, к сожалению, было очень редким и дорогим. По крайней мере, этот металл казался редким, так как в древние времена все находки железа относились к обломкам метеоритов, которые встречались не часто. А добывать железо из руды долгое время не получалось.

Проблема заключалась во много более прочной связи железа с рудой, нежели меди с рудой. Для плавления железа, по сравнению с плавлением меди, требуется значительно более высокая температура. Жара пламени горящих дров явно не хватало для подобной цели.

Нужен был более жаркий огонь от угля, и даже при этом требовалась хорошая вентиляция.

Секрет плавления железа был окончательно раскрыт в восточной части Малой Азии приблизительно к 1500 году до н. э. Хетты, народ, который построил большую империю в Малой Азии, первыми стали систематически использовать железо для производства орудий труда. Письма, датированные приблизительно 1280 до н. э., от царя хеттов своему наместнику в богатый железом горный регион, определенно свидетельствуют о наличии производства железа.

Железо в чистом виде (кованое железо) не слишком твердое. Однако железная утварь или оружие в процессе производства способны уловить достаточно углерода из древесного угля, и тогда на поверхности металла формируется слой сплава, который мы называем сталью. Этот наружный слой даже крепче самой лучшей бронзы и значительно дольше остается острым после заточки. Именно открытие эффекта «насталивания» на территории хеттов явилось критическим поворотным моментом в железной металлургии. Армия, одетая в бронзу и вооруженная бронзой, весьма вероятно, потерпит поражение от армии в прочных железных латах с крепким железным оружием. Так пришел железный век.

Дорийцы, первобытное греческое племя, частично вооруженное железным оружием, вторглись на греческий полуостров с севера приблизительно в 1100 году до н. э. и постепенно одолели более цивилизованных, но имевших на вооружении только бронзу микенских греков, которые уже обитали в тех местах. Часть греков проникли в Ханаан и принесли с собой железное вооружение. Это были те самые филистимляне из Ветхого Завета. Израильтяне оставались беспомощными перед ними, пока сами не освоили железное оружие уже при царе Сауле.

Первой армией, экипированной качественным железным оружием и в достаточном количестве, стала ассирийская армия. К 900 году до и. э. превосходящее вооружение помогло им основать могущественную империю.

Хороший уровень развития прикладной химии отмечался на заре расцвета Древней Греции. И в Древнем Египте, где имелся большой религиозный интерес к методам бальзамирования и сохранения человеческого тела после смерти, прикладная химия показывала высокие достижения. Египтяне специализировались и в металлургии, и в производстве красителей из минералов, а также соков и настоек из растений[1].

Согласно одной из гипотез, слово khemeia происходит от названия, которым древние египтяне называли свою собственную землю, Kham. (Это название также используется в Библии короля Якова (официальном варианте перевода Библии для англиканской церкви) как Нат.) Слово Khemeia поэтому могло означать «египетское мастерство».

По другой, несколько более популярной сейчас, гипотезе, название khemeia происходит от греческого khumos, что означает «сок растений», и слово khemeia означает «мастерство извлекать соки». Если отнести понятие «сок» к расплавленному металлу, тогда это слово означает «мастерство плавления металлов».

Но какому бы происхождению мы ни отдали предпочтение, слово khemeia – это предок нашего слова «химия».

Элементы греков

К 600 году до и. э. пытливые и глубоко мыслящие греки направили свое внимание на природу Вселенной и структуру веществ, из которых она состояла. Греческие ученые, или «философы» (любители мудрости), интересовались не столько технологией и практическими результатами, сколько «причиной» и сутью вещей. Короче говоря, они первыми (из тех, о ком мы знаем) занялись вопросами, которые теперь изучает теоретическая химия.

А началось все с Фалеса (640–546 до н. э., по другим данным, 624–545 или 548). Возможно, были греческие философы и до Фалеса, а может, и какие-то ученые мужи еще до греков, которые много и глубоко думали над тем, что стоит за изменениями в природе вещества, но если так, то их имена и мысли потеряны для нас.

Фалес был древнегреческим философом, жившим в городе Милет, в Ионии, области на западном побережье Эгейского моря, теперь принадлежащей Турции. Видимо, Фалес задал себе вопрос: если одно вещество можно превратить в другое, как голубоватый камень может быть превращен в красную медь, что тогда является истинной природой вещества? Камень или медь? Или нечто третье? Каждое ли вещество можно превратить в любое другое (пусть и через разные этапы)? Можно ли все вещества считать различными проявлениями одного основного материала?

Для Фалеса ответ на последний вопрос был однозначно «да». Уже хотя бы потому, что только такой ответ вносил простоту и порядок в понимание Вселенной. Оставалось только решить, что является этим единственным базовым материалом, или элементом[2].

Фалес выбрал воду. Из всех веществ вода казалась вездесущей и неисчерпаемой. Вода окружает землю; пропитывает парами воздух; просачивается сквозь твердую землю; и сама жизнь невозможна без воды. Он представлял землю как плоский диск, плавающий по бесконечному океану воды и накрытый полусферой неба.

Уверенность Фалеса, что существовал единый элемент, из которого были сформированы все вещества, принималась значительной частью более поздних философов. Однако его уверенность, что этим элементом являлась именно вода, оспаривалась. Через сто лет после Фалеса астрономы мало-помалу пришли к заключению, что небо было полной сферой, а не полусферой. Землю, также сферическую, они подвесили в центре полой сферы неба.

Греки не признавали существования полной пустоты (вакуума), поэтому не верили, что пространство между подвешенной землей и далеким небом пусто. Так как часть пространства между землей и небом, с которой люди сталкивались непосредственно, содержала воздух, им казалось вполне разумным предположить, что воздухом заполнено все пространство полностью.

Скорее всего, именно подобные рассуждения примерно в 570 году до н. э. привели греческого философа Анаксимена (тоже из Милета) к заключению, что элементом Вселенной является воздух. Он верил, что ближе к центру Вселенной воздух сдавливается и уплотняется, формируя более тяжелые и более плотные виды вещества, такие, например, как вода и земля (см. рис. 2).

Рис. 2. Космология алхимиков взяла себе «четыре элемента» Аристотеля и проводила параллели между земным и небесным – одинаковые символы использовались для металлов и планет. Эта диаграмма принадлежит Роберту Фладду (1574–1637), который отверг современную ему науку и посвятил себя оккультизму

Философ Гераклит (540–475 до и. э.) из соседнего города Эфес придерживался другой линии. Если Вселенной свойственно изменяться, тогда в качестве элемента следовало искать вещество, которому свойственно изменение. И Гераклит остановил выбор на огне, который всегда меняется и всегда меняет. Именно огненный дух во всем сущем превращал в неизбежность постоянные изменения[3].

Во времена Анаксимена побережьем Ионического моря овладели персы. После провала Ионийского восстания персы ужесточили правление, и под гнетом этой власти научные традиции стали ослабевать, но к тому времени бежавшие из родных мест ионийцы уже успели передать эти традиции на запад.

Пифагор (582–497 до и. э.), уроженец острова Самос в Ионическом море, покинул остров в 529 году до н. э. и направился в Южную Италию. Его учение оказало влияние на последующее развитие научной мысли.

Среди последователей Пифагора особенно выделяется греческий философ Эмпедокл (490–430 до и. э.), уроженец Сицилии. Он также настойчиво трудился над вопросом элемента – первоосновы для формирования Вселенной.

Похоже, особого повода отдавать предпочтение какому-нибудь из предложений, выдвинутых ионийцами, не было, поэтому Эмпедокл пошел на компромисс.

Почему должен существовать только один-единственный элемент? Почему не четыре? Это могут быть огонь Гераклита, воздух Анаксимена, вода Фалеса и земля, которую добавил сам Эмпедокл.

Эту доктрину четырех элементов принял и Аристотель (384–322 до и. э.), величайший из греческих философов. Аристотель не рассматривал элементы как вещества, давшие им названия. То есть он не считал, что вода, которой мы касаемся и которую ощущаем, и есть тот самый элемент «вода»; нет, наша вода – это просто вещество, по свойствам наиболее близкое к элементу.